杜龙飞

摘要：变电所电磁锁是一种防止高压设备误操作的电控机构联锁装置，但是在近些年地铁实际运行维护中，负极柜刀闸电磁锁多次产生了线圈烧毁现象，文章主要是针对该故障进行分析，并提出解决方案和建议。

一、研究目的

负极刀闸电磁锁是负极柜中一种防止高压设备误操作的电控机构联锁装置，可以有效防止电气误操作的发生。但是在近些年的地铁线路实际运行维护中，发现宁天线和三号线多个牵混所的负极刀闸电磁锁线圈烧毁事故频发，不仅造成电磁锁失效，甚至延误倒闸操作时间，造成检修工作量大幅提升，电网风险和运行维护成本也随之增加。

本文将从电磁锁线圈烧毁着手，来分析电磁锁故障成因，并綜合考虑实际可行性和各项成本来确定合理的解决方案，达到降低故障率和运营维护成本，加强对设备安全保护的目的。

二、负极刀闸电磁锁故障分析

电磁锁是通过电流流经阻感性线圈，线圈周围产生磁场来开合开关的。负极刀闸电磁锁只能在上级电源停电的情况下才允许打开。当电源接通，指示灯亮起，电磁锁线圈得电时，衔铁磁化吸合，电磁锁可以进行机构拉合动作;当电磁锁线圈失电时，电磁锁断开。若线圈烧毁，则电磁锁会“打不开”。

在对负极刀闸电磁锁进行更换维修时发现，新换上的电磁锁有些可以正常使用，不会立即出现故障;有些在更换不久后再次发生故障。

由此可见，造成阻感性线圈烧毁的原因主要有以下两个方面：

1.根据法拉第电磁感应定律可得，恒定的电流产生恒定的磁场，而变化的电流会产生变化的磁场，变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势，公式为：

 ………………………………………………（1）

根据公式（1）可得，在断开电感负载时，电感线圈两侧常常会产生很高的浪涌电压，浪涌电压是一种瞬间的过电压。这种瞬时过电压是一种瞬变干扰，是电源电压的数倍，浪涌电压无法释放，易导致线圈击穿;

2.根据焦耳定律可得，当电流过导体时，由于自由电子的碰撞，导体的温度会升高，电流具有热效应，公式为：

…………………………………………（2）

根据公式（2）可得，闭锁回路及线圈中长时间通有电流，电流具有热效应，将导致线圈温度升高。然而电磁锁安装在负极柜中，散热条件差，热量不断累积，加速电感线圈绝缘层老化甚至破损，导致发生匝间短路，进而烧毁线圈。经过实际测试，在通电一小时左右时，电磁锁温度已经高达60℃以上。

由于故障多具有偶发性，无法确切判断是浪涌电压还是匝间短路导致线圈烧毁，也有可能是两种情况同时存在导致，因而从这两方面入手来设计相应解决方案。

三、负极刀闸电磁锁解决方案

负极柜内负极刀闸电磁锁相关电气接线图如下图1所示。

由于负极刀闸电磁锁加装在负极开关柜内，必须在停电作业下进行更换，拆卸较为困难，耗费时间较多，而且电磁锁成本较高，因此单纯考虑将电磁锁及相关装置进行更换是不合理的举措。

针对电磁锁线圈的浪涌电压和匝间短路这两个原因，结合实际工程，分别从以下两方面进行电气化改造。一方面在线圈两侧并联二极管续流，构造浪涌电压释放回路，防止电感线圈两侧出现反向高电动势，导致线圈击穿;另一方面尽可能减少负极刀闸电磁锁带电时间，降低电流产生热量的积累，减缓线圈匝间漆包线的破损，进而延长线圈的使用寿命。

1.在电感线圈两端，反向并联一个续流二极管，与线圈形成回路。在电磁锁闭锁时，二极管承受较大的反向电压截止;在电磁锁打开瞬间，电感线圈两侧产生较高的浪涌电压，二极管正向导通，起续流作用，通过回路将电感储存的电能转换为热能消耗，将电感线圈两侧高压释放，从而起到保护电路中的电磁锁线圈不被击穿的作用。

2.由于负极刀闸电磁锁在满足高压停电的条件下会自动闭合，因此在整个停电检修期内电磁锁保持长时间闭合约2-3小时。电磁锁闭合是为了防止对负极柜误操作，不需要这么长的带电时间，可以考虑在负极刀闸电磁锁前侧加装手动控制开关，在需要对高压设备进行操作时，通过手动控制开关来控制负极刀闸电磁锁开合，降低电磁锁闭合时长，从而延长电磁锁使用寿命。

四、负极刀闸电磁锁方案论证

由于浪涌电压和匝间都有可能造成电磁锁的烧毁，因此将负极刀闸电磁锁改造方案分步进行，根据操作的难易程度，先采用加装续流二极管（P600M快速恢复二极管，反向工作峰值电压，最大平均正向整流电流）方式来处理电感线圈失电时产生的浪涌电压。

由于宁天线的化工园牵混所、长芦牵混所负极刀闸电磁锁损坏频率较高，选择这两个牵混所首先进行加装试验，加装续流二极管的电气接线图如图二所示，再进行有针对性的分合操作来验证方案的可行性。

负极刀闸电磁锁加装续流二极管方案验证过程如下：

1.2016年4月在化工园站牵混所、长芦站牵混所负极柜中加装续流二极管并进行测试;并在5-8月期间利用日常检修机会频繁操作，磁锁线圈未出现烧毁现象，达到预期效果;

2.2016年8月至2017年1月全线进行推广，利用停电检修机会，全线加装续流二极管并进行测试，至今未在操作后出现烧毁现象，初步验证了加装续流二极管可解决电磁锁失电产生浪涌电压烧毁电磁锁的问题;

3.2018年6月，在3号线九龙湖和柳洲东路试点进行测试，电磁锁线圈到目前为止未出现故障;

4.2018年8月-10月，3号线全线进行推广。在对电磁锁进行长时间通电实验中，可以观察到电磁锁线圈通电后，温度逐步上升，在通电一小时左右时，温度已经高达60℃以上。由此可见，电磁锁线圈长时间通电流情况下，热量累积可观。因此应在需要对负极柜进行操作时，才能接通电磁锁来防止误操作事故出现，其余时间应该确保电磁锁处于不带电状态，来尽可能减少电磁锁通电时间，从而达到延长电磁锁线圈的使用寿命的目的。

考虑到实际情况，目前采用通过控制断路器的分位节点来限制电磁锁通电时间，来达到临时替代转换开关的目的，目前取得初步成效。

五、负极刀闸电磁锁方案成果

经过宁天线近两年的验证可以较大程度上避免电磁锁故障发生，三年内仅宁天线可以节省约11万元，负极刀闸电磁锁加装续流二极管是具有经济性和高实际可操作性方案，值得多条线路推广。

六、结论和意义

针对负极刀闸电磁锁烧毁事故频发，通过对负极刀闸电磁锁电气原理进行分析，确定下浪涌电压和匝间短路是造成电磁锁烧毁的重要原因，该方案将降低事故发生的故障率，减少故障带来的人力、物力、财力的投入，节约维修成本，延长电磁锁的使用寿命，提高对电气设备的安全保护，具有很高的实际意义和经济效益。

参考文献

[1]黄潇霞.接地刀闸电磁锁缺陷分析[J].科技创新与应用，2017（35）：87-88.